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铜加工技术进入自主创新阶段
www.stockstar 2008-1-31 11:21:20 王碧文
中国有金属报
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2007年,中国铜加工材总产量将突破600万吨,连续5年保持世界第一的地位,但是中国铜加工正面临许多新情况,要提高铜加工产品在国际市场竞争实力,保持继续发展态势,其重要途径是大力推进技术创新,建立创新型铜加工体系。可喜的是,目前,中国铜加工技术已经进入自主创新、蓬勃发展的重要历史阶段,从而使中国铜加工业产品产量居世界首位,产品品种增加,技术经济指标改善,生产技术进入国际先进行列。中国铜加工业面临的形势2007年1~11月份中国铜及加工业运行情况如下:1.中国经济稳定增长,2007年国民经济GDP增长将达10~12%,为铜加工业提供了宽广的内需市场,这在全球范围内也是惟一的,因此2007年全国铜加工材产量将突破600万吨,再创历史新高,连续5年居世界第一位。2.中国对铜需求旺盛与中国铜资源短缺形成的矛盾日益突出,国家连续出台有关铜产品进出口税制的调整,总的指
导思想是“宽进严出”,这些政策在2007年已充分体现了其作用,本年度内铜精矿、精铜、含铜残料(再生铜)进口都创历史新高,铜加工材进口量与2006年持平,而铜加工材出口量全面回落(精密铜管除外),国家有关铜的产业政策对缓解铜的供需矛盾、稳定国内铜价起到重要作用。3.铜价高位振荡、辅助材料价格上涨(价格还会不断攀升)和央行6次提高代款利率(已接近8%),增加了生产铜材的成本,压缩了利润空间,使传统的铜加工产业进入微利时代,甚至亏损;2008年1月22日中国有金属工业协会会长康义在“有金属工业发展与面临的形势”报告中指出“2007年1~11月铜镍企业实现利润占有金属22.56%,铝企业占26.34%,而铜铝加工企业利润仅占12.45%。”,铜加工企业的利润将远低于此数。4.为全面提升我国铜加工水平,解决铜材高精品种依靠进口问题,铜加工再建项目正陆续展开,但是引进的国外先进装备价格迅速提升,这些项目也正面临固定资产投资不断增大的严重问题,因此许多再建项目开始选择国产装备,力求降低固定资产投入。中国铜加工技术的创新中国铜加工创新十分活跃,在复杂多变的外部环境中,在保持铜加工业稳定发展中发挥重要作用;中国铜加工创新的特点是:以企业为主体、以工艺技术创新为重点、与产业化紧密结合,不但成果显著而且有理论作为指导。生产方法的变革在铜加工中占有突出地位,传统经典的铜加工方法是三段式,即熔炼铸锭—热加工—冷加工,其中热加工有热挤、热轧、热锻等这些工序导致能耗高、污染环境 、降低成品率、增加生产成本和设备投资,因此压缩热加工、缩短工艺流程,成为铜加工工作者重要奋斗方向。任何工艺方法的变革都离不开设备的创新,都依靠装备和生产线来实现,生产方法的变革都以设备为基础。“十五”期间中国铜加工在生产方法的创新中取得了重大进展八音盒制作,其中三大技术的发展为中国铜加工方法的变革提供了有力的技术支持,这三大技术是:连续铸造技求。中国连续铸造技术主要有上引和水平连铸,可以生产铜及铜合金上引管、杆、棒型、线坯料89c2051;水平连铸带卷、棒、型、线坯料,这些坯料卷重大、长度长,可直接进行冷加工;连续铸造炉组均为联体炉,潜流式金属熔体转运,取消了金属流槽,防止了金属转运时吸气和氧化,上引和水平连铸纯铜坯料含氧量均小于10ppm,符合无氧铜标准,在铜及铜合金带坯连铸中开发成动电磁搅拌技术,改变了带坯结晶组织,提高了表面质量,延长石墨结晶器的寿命;中国不但连铸技术不断创新,而且以潜流联体炉为主的连铸机列的装机水平也进入国际先进行列,现已为国内铜加工行业普遍采用;连续铸造品种正在不断扩大,上引连铸已产业化生产纯铜线杆、异型材、黄铜杆、低合金(银铜、镁铜等)、管材品种有加磷铜、无氧铜、白铜、黄铜等、带坯有无氧铜、H65黄铜等,锡磷青铜和锌白铜带坯也在试制中;行星轧制技术。这种技术是互成120度角配置的三个轧辊自转、同时又绕轧制线公转从而形成对管坯复合轧制,其特点是管材冷轧时,依靠变形热自身加热,变形区温度可达700~850℃,此时相当
于热加工状态,从而实现了动态再结晶,行星轧制后的管材质量与热挤压相同,而且轧制产品具有表面不氧化、大长度、成卷,可直接进行冷加工,为管材盘式生产奠定了基础,成为铸造管坯直接冷加工的关键技术,在改变铸造组织方面作出了突出的贡献,目前行星轧制技术在中国制管业中已普遍采用,行星轧制生产线已高度自动化、专业化,装机水平已处国际先进;这种技术的出现、成熟、产业化,使铜及铜合金管材生产方法发生了重大变革;连续挤压技术。这种技术在国外又称康夫姆法,此法实质是特长的金属线坯在摩擦轮的强迫送进之下,金属从模孔中塑性变形流出,变形热使金属本身加热,变形区温度高达600~800℃,从而实现了金属动态再结晶,中国发展了这种技术,在铜加工连续挤压中做出了重大贡献,实现了铜及铜合金棒、型、线多品种连续挤压,特别是完成了扩展连续挤压的技术创新,形成了以铜线杆为坯料的铜材生产新技术,导致了铜及铜合金棒型线生产方法的重大变革,这些成果是由大连交通大学和铜加工企业共同完成的,目前中国铜加工连续挤压技术和装备已居世界领先水平,该项技术与铜光亮杆生产技术创新相结合,形成了一种全新的以特长铜杆为坯料的、全新的生产方法,从某种意义上讲,这是对以半连续铸锭为坯料加工方法的革命。重要的创新成果,主要有以下9个方面:铸-轧-拉精密铜管产业建立。使用水平连续铸造管坯———行星轧制———盘拉光管,经行星球模旋压成高精内螺纹盘管,产品具有小直径、薄壁厚、复杂齿型、高清洁度
、高散热、节材、适应环保致冷剂等特点,产品质量、生产技术都处于世界领先水平。该项技术创新突破了铸造管坯不能生产薄壁内螺纹管的技术观点,使铸造管坯———行星轧制———盘管拉伸———行星球模辗压内螺纹管技术迅速在中国形成一个强大产业,在世界精密铜管生产技术中占有重要的地位,并且迅速取代了热挤压———周期轧制———盘拉生产方法;目前空调管正向大盘重、高度自动化、连续化方向发展;我国铸———轧精密铜管生产技术装备已整条生产线出口。潜流式水平连铸在合金再生原料直接生产铜加工材中的应用。铜资源短缺突显了铜及铜合金再生原料直接生产铜加工材的重要性,其中合金残料由于化学成分复杂一直成为回收、再生的难题,宁波金田铜业集团开发了大吨位、潜流式、水平连铸铅黄铜棒、型、线、管生产技术,建成了连续化、自动化环保化生产线,这种生产线可同时水平连铸64条不同规格、形状铜加工材电镀马赛克,形成了具有中国自主知识产权的技术,被称为“金田法”。“金田法”由下列主要工序所组成:合金感应熔炼、化学成分监控、合金成分调整、烟尘收集、布袋收尘、合金液体潜液放流式转注、多面多流、一流多头水平连铸、引拉系统、自动锯切、产品自动收集等,这些工序组成了一条自动生产流水线,合金熔炼和水平连铸均处于密封状态下运行,各工艺参数均自动调控,从而实现了从合金配料进入机列到成品产出的自动化、连续化、环保化生产,《金田法》科技创新要点有:(1)实现了合金材料直接生产铜加工材,生产过程自动化、连续化、环保化。
(2)产品质量符合国家标准规定,可同时生产不同形状、不同规格的铅黄铜易切削棒型材,最多可同时产出64根棒型产品,堪称世界之最,此种方法在管材生产中也取得了重大突破。(3)实现了封闭熔炼和潜液转流铸造,取消了现代技术通用的明流流槽转运方式,防止了有害气体和烟尘排放,减少了金属氧化和烧损。(4)实现了一流多头同时水平连铸,解决了整体石墨结晶器设计,引拉工艺参数调整等技术难题。(5)熔断器盒生产线投资少、工艺流程短、技术指标先进、综合成品率高达92%,产品成本为常规生产方法的1/2,能耗降低40%。(6)本生产线同时具有节能、节材、环保的突出优点,生产线适合于采用大吨位感应熔炼炉,目前一条生产线生产黄铜棒型可高达2万吨。无氧铜带材生产。无氧铜材是电真空构件中的关键材料,但是含氧量超标、含氧量分布不均一直困挠着无氧铜生产,国内外一直采用精料密封感应熔炼技术获得含氧量合格的铸锭,其生产成本高、合格率低,在随后的热加工中又造成了渗氧,万宝铜业集团开发成功潜流式无氧铜宽带坯水平连铸———高精冷轧技术,建成自动化、环保化、连续化生产线,可生产510毫米宽、厚度0.1毫米无氧铜带材,含氧量小于10ppm,成品率高达85%,无氧铜带坯水平连铸机列在中国多家电炉厂中已产业化生产。多线上引铸造大直径铜管。大直径铜管是重要的水路管材,用于建筑水道管、海水管路等。传统方法为挤压———拉伸
和热轧穿孔———拉伸方法灌浆剂,其产品成本高、生产工艺流程长。近年来中国开发了多线上引铸造大口径铜管新方法,可直接铸造直径大于φ120毫米铜管,一次可同时铸造6线,铜管长度不受限制。经过冷拉伸之后可生产工程技术界所需求的大口径、薄壁铜管。产业化生产实践表明这项生产方法具有生产流程短、成品率高、产品成本低、生产线建设投资少等明显优点。水平连铸带坯电磁搅拌技术。锡磷青铜带材是重要的弹性元件和电联接件材料。世界各国普遍使用水平连铸带坯—高精冷轧方法生产。但是带坯柱状晶发达、金属锡偏析和反偏折严重,导致带材生产中出现各种缺陷。如何提高带材质量和成材率,是世界各国铜加工工作者重要的攻关课题。其中使用电磁搅拌技术改变带坯结晶组织成为重点方向。“十五”期间,中国首先实现16×450毫米锡磷青铜带坯结晶过程电磁搅拌,使锡磷青铜带坯晶粒细化,塑性提高,石墨模具使用寿命延长,带材成品率提高,该项技术已处世界领先水平。2006年该项技术在锡磷青铜和锌白铜650毫米带坯上应用情况良好。铜及合金型线生产。变压器、电机制造用纯铜扁线传统生产方法为纯铜圆线经多次过渡拉伸成扁线,工艺流程长、成品率低、生产成本高,目前中国己基本采用铜线杆———连续挤压———冷拉伸方法生产,实现了生产连续化和自动化,产品质量、成品率大为提高,能耗、金属消耗明显降低。脉冲信号
黄铜扁线是重要的接插元件材料,传统生产方法是黄铜园线多次拉伸、压扁,其间还需多次中
间退火,工艺流程长、能耗高,现采用直径8毫米黄铜线坯,经连续挤压可一次产出黄铜扁线、型线,这种生产技术具有广泛的应用空间。铜排卷式生产法产业化。绍兴力博集团建成了自动化、连续化生产线,采用上引直径22毫米铜杆盘卷,经过大连交通大学研制的400毫米连续挤压机挤制成动10х1250毫米导电铜排,卷重4~6吨,再经50吨液压拉伸机自动拉伸、校直、切断成用户所需长度的铜排,产品质量完全满足标准要求,成品率高达90%,单位电耗为500度/吨,生产线投资不足400万元人民币,年产铜排7500吨,这种生产方法和技术具有自动化、连续化、节能、环保、节材、低成本等突出优点,是对目前国内外普遍采用的热轧、热挤压开坯—冷加工生产方式的革命化变革,形成了具有自主知识产权的新技术;力博集团在此基础上实现创新再创新,2007年又在此基础实现了电子带产业化生产。铝包铜管材复合技术。该项技术创新由常州兴荣高科技有限公司完成,其技术核心是将外铝内铜套管经行星轧制法实现冶金复合,然后采用盘拉方法生产各种铜铝复合管、内螺纹铜管,为空调、建筑用水管节省用铜开拓了新的途径,行星轧制方法实现了铜铝复合界面的冶金结合,这种方法填补了复合技术的一项空白,该技术处于世界领先水平,该集团已建成自动化生产线,向产业化生产推进。铜阳极球冷旋轧技术。铜阳极球是印刷电路生产中的关键材料,国内外传统生产方法有冷锻、热轧等,北京科技大学研发成功冷旋轧新技和装备具有工艺流程短、节能、环保、高效
等优点,在国内外已被广泛采用。中国铜加工技术创新展望中国技术创新的核心是缩短工艺流程,取消和压缩热加工工序,直接导致节能、环保、降低生产成本、提高生产效率、减少金属消耗,在众多的技术经济指标中,成品率是一个核心指标。在“十五”技术创新取重大进展的基础之上,中国铜加工技术创新工作发展趋势如下:铜加工企业技术创新体制不断完善和加强,技术创新投入不断增加,企业技术中心和工程研发中心正在普遍建立,创新工作正在受到高度重视,高校创新力量已向自主开发目标推进。技术创新的重点方向是加工过程连续化、自动化,传统的压力加工模式和工艺流程正在被打破,工艺流程不断缩短,使铜加工生产过程进一步向节能、节材、环保方向发展。技术创新工作将进一步向生产的深度和广度方向发展,技术创新的选题将进一步围绕着市场竞争、增加产品品种、提高质量、降低成本等方面展开,重大课题与生产过程急需解决的问题都将受到高度重视,以新产品、新工艺、新技术为内容的技术创新活动将全面展开。改变企业经营方式,依靠技术创新发展企业,将成为一切成功企业的共识。我们完全有理由确信:中国铜加工工业不但在规模上,而且在技术水平上走在世界前列,其中重要的原动力就是不断地技术创新。一个创新型铜加工业将出现在我们的面前。
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